УСТРОЙСТВО для ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ ГАЗА Советский патент 1966 года по МПК G01N27/22 

В известных устройствах для измерения диэлектрической проницаемости газов, основанных на методе биений, наблюдается уход частоты измерительного элемента за счет изменения внешних условий, что из-за потери точности делает затруднительным или невозможным использование их для измерения температурной зависимости диэлектрической проницаемости в широком температурном интервале.

Предлагается устройство для измерения температурной зависимости диэлектрической проницаемости газов по методу биений с измерительным конденсатором, в котором применен кварцевый генератор для коррекции частот измерительного и опорного генераторов перед каждым измерением, что обеспечивается отключением измерительного конденсатора от колебательного контура генератора специальным вакуумным переключателем, который сохраняет постоянными величину контактного сопротивления и вносимую им величину паразитной емкости.

Таким образом, использование в качестве измерительного и опорного идентичных гене-, раторов, корректируемых по кварцевым генераторам, компенсирует уход частоты из-за изменения внешних условий во время самого измерения, которое несоизмеримо мало, по сравнению со временем всего эксперимента по

снятию температурной зависимости диэлектрической постоянной.

Па чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит два волномера / и 2 типа 526-У, осциллограф 3 типа 30-7, образцовый звуковой генератор 4 (тип 641), узел переключения 5 и измерительный конденсатор 6.

Гетеродины волномеров используются как генераторы высокой частоты: гетеродин 7- измерительный генератор высокой частоты, гетеродин 8-опорный генератор. В колебательный контур измерительного генератора 7 подключается измерительный конденсатор 6, что делает шкалу волномера / недействительной. Шкалу волномера 2 можно иснользовать для выбора в качестве рабочей любой частоты в диапазоне 125-2000 Мгц. Генераторы 9 и /6 с кварцевой стабилизацией входят в состав волномеров н используются для коррекции частот генераторов 7 и S.

Смеситель // волномера / нснользуется в схеме для сложения двух высокнх частот и получения сигнала низкой частоты, соответствующей разности высоких частот. Благодаря тому что между волномерами устанавлитшется электрическая -СВЯЗЬ, нри помоши переключателей рода работы /2 на смеситель И можно подавать колебания любого из генераторов 7, 8, 9 W. .

Усилитель 13 волномера 1 обеспечивает усиление сигнала низкой частоты, снимаемого со смесителя //. В схеме не используются смеситель 14 и усилитель 15 волномера 2.

Осциллограф 3 используется для измерения частоты сигнала, снимаемого с усилителя 13, по фигурам Лиссажу. При этом сигнал с усилителя подается иа одну пару отклоняющих пластин; на другую пару подается сигнал со звукового генератора 4.

Узел переключения 5 содержит вакуумный переключатель 16 типа ВП-2, на контактное сопротивление которого окружающая среда не оказывает влияния, две соленоидные катущки // и 18 с сердечниками из электротехнической стали, выпрямитель 19, собранный по схеме двухполуперподного выпрямления на диодах Д7Ж с фильтром 20 и питаемый стабилизированным напрял ением 127 в через выключатель 21, переключатель 22 для иодачи напряжения на тот или другой соленоид.

На выводе перебрасывающегося контакта переключателя 16 посажен симметричный сердечник (на чертеже не показан) из электротехнической стали (как и сердечники катущек), расположенный вдоль оси симметрии последних так, что с обеих сторон остаются одинаковые воздушные зазоры. Эти зазоры при условии жесткой конструкции сердечников обеспечивают постоянную силу нажатия контактов переключателя и, следовательно, постоянное контактное сопротивление. Чтобы окружающие условия не оказывали влияния на паразитные емкости в узле переключения 5, переключатель 16 помещен в алюминиевый экран, герметизированный прокладками (на чертеже не показан).

Измерительный конденсатор 6, в котором помещается исследуемое вещество, изготовля,ют, исходя из условий работы его при нагреве до высоких температур с сохранением герметичности конструкции, равномерности нагрева, удобства подключения и отключения его от откачных насосов, ввода в него исследуемого вещества, подсоединения к его выводам соединительного кабеля.

Принцип действия предложенного устройства заключается в следующем. Частота опорного генератора 8 устанавливается равной выбранной рабочей так, чтобы между частотами кварца и этого генератора существовала и поддерживалась в течение всего опыта постоянной какая-либо разность частот. К примеру, если поддерживается разность в 1000 гц, то корректируемая рабочая частота гц, где /„ -частота (основная или гармоника) кварцевого генератора, переключатель рода работ 12 волномера 2 при этом находится в положении «гетеродин, а волномера / - в положении «кварц.

Выбирается основная частота генератора 7 с учетом величины емкости измерительного конденсатора 6 и таким образом, чтобы ее гармоники позволяли осуществлять коррекцию этого генератора по кварцевому генератору и сложение с рабочей частотой генератора 8.

Корректируется частота генератора 7 при отключенном конденсаторе 6 путем поддержания между одной из ее гармоник и гармоникой кварцевого генератора определенной разности частот. При этом переключатель 12 волномера / находится в положении «гетеродин, а волномер 2 - в положении «кварц.

Затем производится измерение разности между частотами измерительного и опорного генераторов, соответствующей изменениям диэлектрических свойств среды в конденсаторе 6. Переключатели обоих волномеров устанавливаются в положение «гетеродин.

Диэлектрическую проницаемость газа по полученным результатам измерения определяют из выражения:

А/ L Г

S-1 2IL , (1)

где е-диэлектрическая проницаемость газа; А/ - разность частот при наполненном и пустом измерительном конденсаторе; f - измеряемая частота; Сд - емкость колебательного контура генератора 7 без емкости Схо; - емкость пустого измерительного конденсатора 6.

Определять величины C™ и С предлагается экспериментальным путем при подключении вместо измерительного конденсатора известных емкостей Ci и Сз высокого класса точности.

Тогда из частотных уравнений для емкостей Схо , Ci, Са получаются выражения для величин Сл-о и

., с, - с,-ь

(2) (3)

где

/ - частота- при подключенной емкости , fj-частота при подключенной емкости Ci; /9 - частота при подключенной емкости Со.

Разность частот при наполненном и пустом конденсаторе в выражении (1) определяется по двум соответствующим зависимостям Af f(t), снятым экспериментально. Задача такого рода упрощается при условии терморомпенсации пустого конденсатора.

Введение коррекции частот измерительного и опорного генераторов, обеспечение постоянства контактного сопротивления и паразитных

емкостей в узле переключения и точный расчет неизвестных параметров С и позволяют определять температурную зависимость диэлектрической проницаемости газов с точностью, ограничиваемой лищь точностью

Предмет изобретения

Устройство для измерения диэлектрической проницаемости газа, состоящее из измерительного и опорного генераторов, осциллографа, звукового генератора и измерительного конденсатора, отличающееся тем, что, с целью

повышения точности измерении и устранения влияния окружающей среды на результаты измерения, между опорным и измерительным генератором включен кварцевый генератор и в колебательный контур измерительного генератора включен вакуумный переключатель.

22 20